混凝土破碎液壓鉗設(shè)計(jì)

混凝土破碎液壓鉗設(shè)計(jì),混凝土,破碎,液壓,設(shè)計(jì) 寧西南科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 混凝土破碎液壓鉗設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 年 月 日 目 錄 目 錄 2 1 緒論 5 1.1液壓概況 5 1.2液壓工作原理 5 1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 8 2 液壓鉗液壓原理方案分析與比較 9 2.1 液壓工作原理方案一 9 2.2 液壓工作原理方案二 10 2.3 液壓工作原理方案三 11 2.4液壓原理圖方案確定 11 3 主要計(jì)算 12 3.1技術(shù)要求 12 3.2工況分析 13 3.2.1 負(fù)載分析 13 3.2.2 初步確定液壓缸參數(shù) 13 3.2.3 活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15 3.2.4 液壓缸工作行程的確定 16 3.2.5 活塞的設(shè)計(jì) 17 3.2.6 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17 3.2.7 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 19 3.2.8 缸體長(zhǎng)度的確定 20 3.2.9 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 20 3.2.10 排氣裝置 21 3.2.11 密封件的選用 23 3.2.12 防塵圈 24 3.2.13 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 25 3.2.14計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率 26 4 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 27 4.1 缸體 27 4.2 活塞 28 4.3 活塞桿 29 4.4 缸蓋 30 4.5 導(dǎo)向套 31 第5章 液壓集成塊的設(shè)計(jì) 33 5.1塊式集成的結(jié)構(gòu) 35 5.2塊式集成的特點(diǎn) 35 5.3塊式集成液壓控制裝置的設(shè)計(jì) 35 6、電動(dòng)泵站的參數(shù)計(jì)算 39 7、電動(dòng)機(jī)的選擇 40 8、液壓元件的選擇 40 8.1 液壓閥及過濾器的選擇 40 8.2 油管的選擇 41 8.3 油箱容積的確定 41 9、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 41 9.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 41 9.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 44 10 混凝土破碎液壓鉗程序框圖及程序清單設(shè)計(jì) 45 10.1動(dòng)作要求 45 10.2 程序框圖 45 10.3 程序清單 47 10.4安裝與調(diào)試的注意事項(xiàng) 58 總結(jié) 59 參考文獻(xiàn) 60 致謝 61 62 第1章 緒論 1.1液壓概況 當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績(jī)。從17世紀(jì)中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動(dòng)在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀(jì)中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近10年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。 我國(guó)的液壓工業(yè)開始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自1964年從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時(shí)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來，我國(guó)的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對(duì)西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計(jì)劃引進(jìn)、消化、吸收和國(guó)產(chǎn)化工作，以確保我國(guó)的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個(gè)方面全方位地趕上世界水平。 1.2液壓工作原理 驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向右移動(dòng)。這時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。為了克服移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對(duì)溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí)，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 液壓傳動(dòng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)： 1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力，因?yàn)? 液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場(chǎng)中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。 2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置 易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)500次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)1000次/min。 3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還 可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4） 液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，這是因?yàn)樗鼘?duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易 于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，接受遠(yuǎn)程控制。 5） 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在失速狀 態(tài)下工作而不會(huì)過熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無法辦到的。液壓件能自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)。 6） 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動(dòng)性。 7） 用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是： 1） 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的。 2） 液壓傳動(dòng)在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 等），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。 3） 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià) 較貴，而且對(duì)油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源。 6） 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。 1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 第2章 液壓鉗液壓原理方案分析與比較 2.1 液壓工作原理方案一 液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作。也有的需要多級(jí)或無級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。容積節(jié)流調(diào)速采用變量泵供油。節(jié)流閥或調(diào)速閥控制流人(或流出)執(zhí)行元件的流量，使泵的流量與執(zhí)行元件所需的流量相適應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)是無溢流損失，速度負(fù)載特性好，效率高。在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓．而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中．某段時(shí)問不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在本系統(tǒng)中，采用泵供油，節(jié)流閥控制元件流量。 本方案采用的是溢流閥集中控制油路，沒有單獨(dú)控制每個(gè)液壓缸。油缸回路沒有采用差動(dòng)連接，回程的速度相對(duì)比較慢。 2.2 液壓工作原理方案二 本方案采用的是溢流閥集中控制油路，沒有單獨(dú)控制每個(gè)液壓缸。油缸回路采用差動(dòng)連接，回程的速度相對(duì)比較快。采用了2位3通的方向閥控制油缸的進(jìn)油和出油口可以自行控制是否選擇差動(dòng)。 2.3 液壓工作原理方案三 本方案采用的是溢流閥分散控制油路，單獨(dú)控制每個(gè)液壓缸。油缸回路采用差動(dòng)連接，回程的速度相對(duì)比較快。采用了2位3通的方向閥控制油缸的進(jìn)油和出油口可以自行控制是否選擇差動(dòng)。該方案更具有一定的靈活性。 2.4液壓原理圖方案確定 根據(jù)上述介紹，為了使系統(tǒng)控制更具有靈活性，采用第3種方案設(shè)計(jì)。 第3章 主要計(jì)算 3.1技術(shù)要求 混泥土破碎鉗液壓系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán)為：快進(jìn)—工進(jìn)—快退—原位停止。液壓鉗最大破碎厚度450 mm,油缸最大油壓80 MPa,最大破碎力560kN,鉗體質(zhì)量60 kg。 (2)電動(dòng)泵站的技術(shù)參數(shù):油泵油壓80 MPa,油泵流量2.6 L/min,油箱容量30 L,電機(jī)功率3 kW,電壓380 V。 動(dòng)作要求：?jiǎn)?dòng)—左右兩壓緊缸分別向外伸出—液壓鉗兩鉗口鉗緊，破碎混凝土—換向閥換向—液壓鉗松開—液壓缸回到原始位置—停機(jī) 液壓原理圖分析與比較 3.2工況分析 3.2.1 負(fù)載分析 繪制工作循環(huán)圖 3.2.2 初步確定液壓缸參數(shù) 由題目要求可知，液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載約為560KN（最大破碎力560kN）油缸最大油壓80 MPa，為了滿足工作臺(tái)快速進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵的流量，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，為暫取背壓為0.5MPa并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程 由于切削力有2個(gè)油缸共同提供，所以計(jì)算的一個(gè)油缸的時(shí)候取值為總的一半 故液壓缸無桿腔的有效面積： 液壓缸直徑 表1 液壓缸內(nèi)徑系列GB/T2348-1980 mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm； 1. 液壓缸缸體厚度計(jì)算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號(hào)鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號(hào)鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號(hào)鋼作為缸體的材料。 式中，——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1 MPa時(shí)，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時(shí)，Py=1.25Pn。 []——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強(qiáng)度。 注：1.額定壓力Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=80MPa 2.最高允許壓力Pmax Pmax1.5Pn=1.2580=100MPa 液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa 安全系數(shù)n按《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》P243表2—10，取n=5。 則許用應(yīng)力[]==120MPa = =33.33mm 液壓缸厚度取35mm。 則液壓缸缸體外徑為150mm。 3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計(jì)缸筒結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。 3.2.3 活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取45鋼。 活塞桿直徑的計(jì)算[1] 查《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。 查《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。 因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56.56mm 取d=56（標(biāo)準(zhǔn)直徑） 表2 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 則液壓缸有效面積為： 2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： <56mm 式中 ————許用應(yīng)力；（45鋼的抗拉強(qiáng)度為600MPa,為安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中） 3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。 4.活塞桿的密封與防塵 活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。 3.2.4 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。 表4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）[6] 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 根據(jù)設(shè)計(jì)要求液壓鉗最大破碎厚度450 mm,兩個(gè)油缸的行程之和要至少為450mm(即單獨(dú)一個(gè)油缸的行程為225MM),可選取液壓缸的工作行程為250mm。 3.2.5 活塞的設(shè)計(jì) 由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。 活塞與缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封）、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長(zhǎng)的活塞密封）、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間小）、Y形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封）、形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。綜合以上因素，考慮選用O型密封圈。 3.2.6 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1]。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為L(zhǎng),缸筒直徑為D時(shí),最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為: （4-5） 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在缸徑小于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾菳取B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長(zhǎng)度H不夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。 圖4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1] 因此:最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，取H=9cm； 導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A= 活塞寬度B= 2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。 1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤(rùn)滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用[6]。 2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換時(shí)，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。 3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載而引起方向傾斜時(shí)，導(dǎo)向套可以自動(dòng)調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運(yùn)動(dòng)方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。 4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率高、速度快、振動(dòng)大的液壓缸，可以采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動(dòng)，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動(dòng)、同軸度高，但制造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。 3.2.7 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞。 1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 端蓋厚h為： 式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm； P——液壓力，； ——密封環(huán)形端面平均直徑，cm； ——材料的許用應(yīng)力，。 2.缸底的設(shè)計(jì) 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 3.端蓋的結(jié)構(gòu) 端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密封和防塵等問題[6]。缸體端部的連接形式有以下幾種： A．焊接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。 B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點(diǎn)是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。 C．法蘭連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。 D．拉桿連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點(diǎn)是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時(shí)端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)油口邊緣擦傷。 F．鋼絲連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量小。 3.2.8 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長(zhǎng)度：L=5*10cm=50cm。 3.2.9 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會(huì)嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動(dòng)速度在6m/min以下時(shí)，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動(dòng)速度在12m/min以上時(shí)，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動(dòng)力滑臺(tái)的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。 3.2.10 排氣裝置 如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會(huì)存在空氣[6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性,會(huì)造成液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過程中，這不僅會(huì)影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會(huì)損壞砂輪和磨頭等機(jī)構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動(dòng)，因此水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。 一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖4-2（a）所示。 表4-5 排氣閥（塞）尺寸[6] d 閥座 閥桿 孔 c D M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 4~6 23 M20x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 4~8 28 圖4-2 (a) 整體排氣孔 圖4-2（b） 組合排氣孔 圖4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡(jiǎn)單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見4-2（c）以及表4-2（d）。 圖4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 3.2.11 密封件的選用 1.對(duì)密封件的要求 液壓缸工作中要求達(dá)到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，正確地選擇密封件、導(dǎo)向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術(shù)來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導(dǎo)向套和防塵等應(yīng)作為一個(gè)綜合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式液壓缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。 在液壓元件中，對(duì)液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料液壓缸，如擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對(duì)溫度適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。 密封件一般以斷面形狀分類。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。 2.O形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸蓋與缸體端面等處[6]。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會(huì)引起過量的內(nèi)漏和外漏。 靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈雖小，確實(shí)一種精密的橡膠制品，在復(fù)雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設(shè)計(jì)選用時(shí)，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護(hù)措施，才能達(dá)到較滿意的密封效果。 安裝O形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡(jiǎn)便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。 3.動(dòng)密封部位密封圈的選用 液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導(dǎo)向套）的密封等。 形密封圈是我國(guó)液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封圈。它是一種軸、孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于16MPa時(shí)，可不用擋圈而單獨(dú)使用。當(dāng)超過16MPa并用于活塞動(dòng)密封裝置時(shí)，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出”。 3.2.12 防塵圈 防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導(dǎo)致元件磨損。 1.防塵圈 A型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在A型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安 裝，起防塵作用。 B型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在B型密封結(jié)構(gòu)形式 內(nèi)安裝，起防塵作用。 C型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在C型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵 和輔助密封的作用。 2.防塵罩 防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時(shí)，可用氯丁橡膠，可在130℃以下工作。如果溫度再高時(shí)，可用耐火石棉材料。當(dāng)選用防塵伸縮套時(shí)，要注意在高頻率動(dòng)作時(shí)的耐久性，同時(shí)注意在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)伸縮套透氣孔是否能及時(shí)導(dǎo)入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調(diào)整會(huì)帶來一些困難。 3.2.13 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸近處有口的連接等。1.液壓缸的安裝形式 液壓缸的安裝形式很多，但大致可以分為以下兩類。 1）軸線固定類 這類安裝形式的液壓缸在工作時(shí)，軸線位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸絕大多數(shù)是采用這種安裝形式。 A 通用拉桿式。在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺釘將缸和安裝座連接拉緊。一般短行程、壓力低的液壓缸。 B 法蘭式。用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。 C 支座式。將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座固定在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。 2）周線擺動(dòng)類 液壓缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動(dòng)，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動(dòng)的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、翻斗汽車和船舶甲板機(jī)械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。 A 耳軸式。將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。 B 耳環(huán)式。將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。 C 球頭式。將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動(dòng)。 2.液壓缸油口設(shè)計(jì) 油口孔是壓力油進(jìn)入液壓缸的直接通道，雖然只是一個(gè)孔，但不能輕視其作用[6]。如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時(shí)流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度，而且會(huì)造成回油時(shí)受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能力。對(duì)液壓缸往復(fù)速度要求較嚴(yán)的設(shè)計(jì)，一定要計(jì)算孔徑的大小。 液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在缸筒和前后端蓋上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)出油口可以設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。液壓缸進(jìn)出油口的鏈接形式有螺紋、方形法蘭和矩形法蘭等。 3.2.14 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率 根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按代入，快退時(shí)背壓按代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于下表中。 表2-6 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率[1] 工作 循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載F 進(jìn)油壓力 回油壓力 所需流量q N Pa L/min 差動(dòng) 快進(jìn) 1053 20.1 工進(jìn) 560000 0.24 快退 1053 11.3 注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，而。 2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無桿腔回油，壓力為。 4 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 4.1 缸體 1.缸體的材料 液壓缸缸體的常用材料為20鋼、35鋼、45鋼的無縫鋼管[6]。因20鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的35鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用45鋼，并調(diào)質(zhì)到241~285HB。 缸體的毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼一般采用ZG25、ZG35、ZG45等。鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵QT500-05、QY600-02等。特殊情況下，可采用鋁合金等材料。 2.主要表面粗糙度 液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為 3.技術(shù)要求（參見圖4-3） 圖4-3 缸筒的技術(shù)要求[6] 1）內(nèi)徑用H8~H9的配合； 2）內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半； 3）內(nèi)表面母線直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm； 4）缸體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm； 5）缸體與端蓋采用螺紋連接時(shí)，螺紋采用6H級(jí)精度。 7）為防止腐蝕和提高壽命，內(nèi)徑表面可以鍍0.03~0.04mm厚的硬鉻，在進(jìn)行拋光，剛體外涂耐蝕油漆。 4.2 活塞 1.活塞的材料 缸徑較小的整體式活塞一般采用35鋼、45鋼；其他常用耐磨鑄鐵、灰鑄鐵HT300、HT350（有外徑上套有尼龍66、尼龍1010或加布酚醛塑料的耐磨環(huán)）以及鋁合金等。 2.主要表面粗糙度 活塞外圓柱表面粗糙度為 3.技術(shù)要求（參見圖4-4） 圖4-4 活塞的技術(shù)要求[6] 1）外徑的圓度、圓柱度不大于外徑公差之半； 2）外徑D對(duì)內(nèi)徑d1的徑向圓跳動(dòng)不大于外徑公差之半； 3）端面T對(duì)軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm； 4）活塞外徑用橡膠密封時(shí)可取f7~f9配合，內(nèi)孔與活塞的配合可取H8。 4.3 活塞桿 1.材料 實(shí)心活塞桿材料為35鋼、45鋼；空心活塞桿材料為35鋼、45鋼的無縫鋼管。 2.主要表面粗糙度 桿外圓柱粗糙度為 3.技術(shù)要求（參見圖4-5） 圖4-5 活塞桿的技術(shù)要求[6] 1）活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229~285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)45~55HRC； 2）外徑d和d2的圓度、圓柱度不大于直徑公差之半； 3）外徑表面直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm； 4）d2對(duì)d的徑向跳動(dòng)不大于0.01mm； 5）活塞桿上與導(dǎo)向套采用H8/f7配合，與活塞的鏈接可采用H8/h8配合； 6）活塞桿上若有連接銷孔時(shí)，該孔徑應(yīng)按H11級(jí)加工，該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按6級(jí)精度選??； 7）活塞桿上的螺紋一般按6級(jí)精度加工，如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按7級(jí)或8級(jí)精度制造。 4.4 缸蓋 1.缸蓋的材料 常用35、45鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套，缸蓋最好選用鑄鐵。同時(shí)，應(yīng)在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。 2.主要表面粗糙度 配合表面粗糙度為 3.技術(shù)要求（參見圖4-6） 圖4-6 缸蓋的技術(shù)要求[6] 1）配合表面的圓度、圓柱度不大于直徑公差之半； 2）d2、d3對(duì)D的同軸度不大于0.03mm； 3）端面A、B對(duì)孔軸線的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm。 4.5 導(dǎo)向套 1.導(dǎo)向套材料 常用青銅、耐磨鑄鐵、球墨鑄鐵、聚四氟乙烯。 2.主要表面粗糙度 導(dǎo)向表面粗糙度為 3.技術(shù)要求（參見圖4-7） 圖4-7 導(dǎo)向套的技術(shù)要求[6] 1）導(dǎo)向套的長(zhǎng)度一般取活塞桿直徑的60%~100%； 2）外徑與內(nèi)徑的同軸度不大于內(nèi)控公差之半。 第5章 液壓集成塊的設(shè)計(jì) 液壓控制裝置的集成主要有板式集成、塊式集成和疊加閥式集成。 （1）板式集成液壓控制裝置，是把若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)板式液壓控制閥用螺釘固定在一塊公共底板（油路板，亦稱閥板）上，按系統(tǒng)要求，通過油路板中鉆、銑或鑄造出的孔道實(shí)現(xiàn)各閥之間的油路聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)回路。對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，則需將系統(tǒng)分解成若干個(gè)回路，用幾個(gè)油路板來安裝標(biāo)準(zhǔn)板式液壓元件，各個(gè)油路板之間通過管道來連接。通常將油路板上安裝閥的一面稱為正面，不安裝閥的一面稱為背面。 板式集成的特點(diǎn)是對(duì)于動(dòng)作復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，會(huì)因液壓元件數(shù)量的增加，導(dǎo)致所需油路板的尺寸和數(shù)量的增大，致使有些孔道甚至無法鉆出，而銑槽往往出現(xiàn)滲漏串腔現(xiàn)象。此外，油路板是根據(jù)特定的液壓系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)制造的，不易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，不易組織專業(yè)生產(chǎn)。特別是當(dāng)需要更改回路或追加元件時(shí)，油路板就要重新設(shè)計(jì)加工，而其中的差錯(cuò)可能會(huì)使整塊油路板報(bào)廢。 總之，板式集成液壓控制裝置適合不太復(fù)雜的低壓液壓系統(tǒng)采用。 （2）塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的6面體油路塊（集成塊），通常其四周除1面安裝通向液壓執(zhí)行器（液壓缸或液壓馬達(dá)）的管接頭外，其余3面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實(shí)現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P、回油孔O（T）、泄油孔L及塊間連接螺栓孔，多個(gè)回路塊疊積在一起，同過4只長(zhǎng)螺栓固緊后，各塊之間的油路聯(lián)系通過公用油孔來實(shí)現(xiàn)。 塊式集成有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)；2）設(shè)計(jì)靈活，更改方便；3）易于加工，專業(yè)化程度高；4）結(jié)構(gòu)緊湊，裝配維護(hù)方便；5）系統(tǒng)運(yùn)行效率較高。 塊式集成的主要缺點(diǎn)是集成塊的孔系設(shè)計(jì)和加工容易出錯(cuò)，需要一定的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)。 （3）疊加閥是在集成塊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,液壓元件間的連接不需要另外的連接塊,而是以特殊設(shè)計(jì)的疊加閥的閥體作為連接體,通過螺栓將液壓閥等元件直接疊積并固定在最底層的基塊(底板)上.基塊側(cè)面開有螺紋孔,通過管接頭作為通向執(zhí)行器、液壓泵或油箱的孔道,并可以根據(jù)需要用螺塞封堵打開,只要把同一規(guī)格的疊加閥按一定順序疊加起來,再將板式換向閥直接安裝于這些疊加閥的上面,即可構(gòu)成各種典型液壓回路. 疊加閥的特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕,占地面積小。疊加閥安裝簡(jiǎn)便，裝配周期短，系統(tǒng)有變動(dòng)增減元件時(shí)，重新組裝較為方便。使用疊加閥，元件間無管連接，消除了因管接頭引起的漏油、振動(dòng)和噪聲。使用疊加閥系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，元件規(guī)格統(tǒng)一，外行整齊美觀，維修保養(yǎng)容易。采用我過疊加閥組成的集中供油系統(tǒng) 節(jié)電顯著。 由于規(guī)定尺寸限制，由疊加閥組成的回路形式少，通徑較小，一般使用于工作壓力小于20Mpa，流量小于200L/min的機(jī)床，輕工機(jī)械，工程機(jī)械等行業(yè)。綜上比較可以得出此液壓系統(tǒng)適用的塊式集成為疊加式。 ③動(dòng)力源裝置確定 液壓動(dòng)力源一般由液壓泵組、油箱組件、控溫組件和過濾器組件等相對(duì)獨(dú)立的部分組成。盡管這幾個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立，但設(shè)計(jì)者在液壓動(dòng)力源裝置設(shè)計(jì)中，除了根據(jù)機(jī)器設(shè)備的工況特點(diǎn)和使用的具體要求合理進(jìn)行取舍外，經(jīng)常需要將它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，合理構(gòu)成一個(gè)部件。例如，油箱上常需將控溫組件中的油溫計(jì)、過濾器組件作為油箱附件而組合在一起構(gòu)成液壓油箱等等。 按液壓泵組布置的方式分上置式液壓動(dòng)力源、非上置式液壓動(dòng)力源和柜式液壓動(dòng)力源三種方式。本設(shè)計(jì)采用上置式液壓動(dòng)力源設(shè)計(jì)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時(shí)，稱為臥式液壓動(dòng)力源。當(dāng)電動(dòng)機(jī)立式安裝于油箱之上時(shí)，稱為立式液壓動(dòng)力源。上置式液壓動(dòng)力源占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝動(dòng)力源，躁聲低且便于收集漏油。綜合考慮本設(shè)計(jì)決定采用臥式液壓動(dòng)力源布置?！?6】 3.1塊式集成的結(jié)構(gòu) 塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的6面體油路塊（集成塊），通常其四周除1面安裝通向液壓執(zhí)行器（液壓缸或液壓馬達(dá)）的管接頭外，其余3面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實(shí)現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P、回油孔O（T）、泄漏油孔L及塊間連接螺栓孔，多個(gè)回路塊疊積在一起，通過4只長(zhǎng)螺栓固緊后，各塊之間的油路聯(lián)系通過公用油孔來實(shí)現(xiàn)。 3.2塊式集成的特點(diǎn) 可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)靈活、更改方便； 易于加工、專業(yè)化程度高； 結(jié)構(gòu)緊湊、裝配維護(hù)方便； 系統(tǒng)運(yùn)行效率較高 塊式集成的主要缺點(diǎn)是集成塊的孔系設(shè)計(jì)和加工容易出錯(cuò)，需要一定的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)。 3.3塊式集成液壓控制裝置的設(shè)計(jì) 1）分解液壓系統(tǒng)并繪制集成塊單元回路圖 集成塊單元回路實(shí)質(zhì)上是液壓系統(tǒng)原理圖的一個(gè)等效轉(zhuǎn)換。 分解集成塊單元回路時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn)有系列集成塊單元回路，以減少設(shè)計(jì)工作量。集成塊上液壓閥的安排應(yīng)緊湊，塊樹應(yīng)盡量曬，以減少整個(gè)液壓控制裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和重量。集成塊的數(shù)量與液壓系統(tǒng)的復(fù)雜程度有關(guān)，一摞集成塊組中，除基塊和頂塊外，中間塊一般1-7塊。當(dāng)所需中間塊多于7塊時(shí)，可按系統(tǒng)工作特點(diǎn)和性質(zhì)，分組多摞疊加，否則集成簡(jiǎn)單回路合用一個(gè)集成塊；液壓 泵的出口竄接單向閥時(shí)，可采用管式連接的單向閥（竄接在泵與集成塊組的基塊之間）；采用少量疊加閥、插裝閥及集成塊專用嵌入式插裝閥；集成塊側(cè)面加裝過渡板與閥連接；基塊與頂塊上布置適當(dāng)?shù)脑鹊取? 塊的設(shè)計(jì) （1）確定公用油道孔的數(shù)目 集成塊體的公用油道孔，有二孔、三孔、四孔、五孔等多種設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用較廣的為二孔式和三孔式。 二孔式 在集成塊上分別設(shè)置壓力油孔P和回油孔O各一個(gè)，用4個(gè)螺栓孔與塊組連接螺栓間的環(huán)形孔來作為泄漏油通道。二孔式集成塊的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，公用通道少，便于布置元件；泄漏油道孔的通流面積大，泄漏油的壓力損失小。缺點(diǎn)是：在基塊上需將4個(gè)螺栓孔相互鉆通，所以須堵塞的工藝孔較多，加工麻煩，為防止油液外漏，集成塊間相互疊加面的粗糙度要求較高，一般應(yīng)小于Ra0.8μm。 三孔式 在集成塊上分別設(shè)置壓力油孔P、回油孔O和泄油孔L共3個(gè)公用通道三孔式集成塊的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，公用油道孔數(shù)較少，缺點(diǎn)是因泄漏油孔L要與各元件的泄漏油口相通，故其連通孔道一般細(xì)而長(zhǎng)，加工較困難，且工藝孔較多。 （2）液壓元件樣板 （3）確定孔道直徑及通油孔間的壁厚 a.確定通油孔道的直徑 與閥的油口相通孔道的直徑，應(yīng)與液壓閥的油口直徑相同； 與管接頭相連接的孔道，其直徑一般應(yīng)按通過的流量和允許流速，用式 計(jì)算，但孔口須按管接頭螺紋小徑鉆崆并攻絲； 工藝孔應(yīng)用螺塞或球漲堵死； 對(duì)于公用孔道，壓力油孔和回油孔的直徑可以類比同壓力等級(jí)的系列集成塊中的孔道直徑確定，也可通過式計(jì)算得到；泄油孔的直徑一般由經(jīng)驗(yàn)確定。 b.連接孔的直徑 固定液壓閥的定位銷孔的直徑和螺釘孔的直徑，應(yīng)與所選定的液壓閥的定位銷直徑及配合要求與螺釘孔的螺紋直徑相同； 連接集成塊組的螺栓規(guī)格可類比相同壓力等級(jí)的系列集成塊的連接螺栓確定，也可以通過強(qiáng)度計(jì)算得到。單個(gè)螺栓的螺紋小徑d的計(jì)算公式為： 式中；P-塊體內(nèi)部最大受壓面上的推力； n-螺栓個(gè)數(shù)； -擔(dān)擱螺栓的材料許用應(yīng)力。 螺栓直徑確定后，其螺栓孔（光孔）的直徑也就隨之而定，系列集成塊的螺栓直徑為M8-M12，其相應(yīng)的連接孔直徑為?9-?12（mm）。 c.起吊螺釘?shù)闹睆健? 單個(gè)集成塊重量在30以上時(shí)，應(yīng)按重量和強(qiáng)度確定螺釘孔的直徑。 d.油孔間的壁厚及其校核。 通油孔間的最小壁厚的推薦值不小于5 mm。當(dāng)系統(tǒng)壓力高于6.3Mpa時(shí)，或孔間壁厚較小時(shí)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，以防止系統(tǒng)在使用中被擊穿。 (4) 中間塊外形尺寸的確定 中間塊用來安裝液壓閥，其高度H取決于所安裝元件的高度。H通常應(yīng)大于所安裝的液壓閥的高度。在確定中間塊的長(zhǎng)度和寬度尺寸時(shí)，在已確定共有油道孔基礎(chǔ)上，應(yīng)首先確定公有油道孔位置應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)通道塊上的孔一致。中間塊的長(zhǎng)度和寬度尺寸均應(yīng)大于安放元件的尺寸，以便于設(shè)計(jì)集成塊內(nèi)的通油孔道時(shí)調(diào)整元件的位置。一般長(zhǎng)度方向的調(diào)整尺寸為40-50 mm，寬度方向?yàn)?0-30 mm。調(diào)整尺寸留的較大，孔道布置方便，但將加大塊的外形尺寸和重量，反之，則結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，但孔道布置困難。最后確定的中間塊長(zhǎng)度和寬度應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)系列塊的一致。 (5)布置集成塊上的液壓元件 液壓元件在通道塊上的安裝位置合理與否，直接影響集成塊體內(nèi)孔道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、加工工藝性的好壞及壓力損失大小。元件安放位置不僅與典型單元回路的合理性有關(guān)，還要受到元件結(jié)構(gòu)、操縱調(diào)整的方便性等因素的影響。 a.中間塊 中間塊的側(cè)面安裝各種液壓控制元件。當(dāng)需與執(zhí)行裝置連接時(shí)，3個(gè)側(cè)面安裝元件，一個(gè)側(cè)面安裝管接頭。注意事項(xiàng)如下： 應(yīng)給安裝液壓閥、管接頭、傳感器及其他元件的各面留有足夠的空間； 集成塊體上要設(shè)置足夠的測(cè)壓點(diǎn)，以便于調(diào)試和工作中使用； 需經(jīng)常調(diào)節(jié)的控制閥如各種壓力閥和流量閥等應(yīng)安放在便于調(diào)節(jié)和觀察的位置，應(yīng)避免相鄰側(cè)面的元件發(fā)生干涉； 應(yīng)使與各元件相通的油孔盡量安排在同一水平面，并在公用通油道的直徑范圍內(nèi)，以減少中間連接孔、深孔和斜孔的數(shù)量?；ゲ幌嗤ǖ目组g應(yīng)保持一定壁厚，以防工作時(shí)擊穿； 集成塊的工藝孔均應(yīng)封堵，封堵有螺塞、焊接和球漲等三種方式； 在集成塊間的疊加面上，公用油道孔出口處要安裝O形密封圈，以實(shí)現(xiàn)塊間的密封。應(yīng)在公用油道孔出口處按選用的O形密封圈的規(guī)格加工出深孔，O型圈溝槽尺寸應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定； b.基塊（底版） 基塊的作用是將集成塊組件固定在油箱頂蓋或?qū)Ｓ玫鬃希⒐猛ㄓ涂椎劳ㄟ^管接頭與液壓 泵和油箱相連接，有時(shí)需在基塊側(cè)面上安裝壓力表開關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)要留有安裝法蘭、壓力表開關(guān)和管接頭等的足夠空間。當(dāng)液壓泵出油口經(jīng)單向閥進(jìn)入主油路板時(shí)，可采用管式單向閥，并將其裝在基塊外。 c.頂塊（蓋板） 頂塊的作用是封閉公用通油孔道，并在其側(cè)面安裝壓力表開關(guān)以便測(cè)壓，有時(shí)也可在頂塊上安裝一些控制閥，以減少中間塊數(shù)量。 (6)集成塊油路的壓力損失 集成塊組的壓力損失，是指貫通全部集成塊的進(jìn)油、回油孔道的壓力損失。在孔道布置一定后，壓力損失隨流量增加而增加。通常，經(jīng)過一個(gè)塊的壓力損失值約為0.01Mpa. (7)集成塊的材料和主要技術(shù)要求 制造集成塊的材料因液壓系統(tǒng)壓力高低和主機(jī)類型不同而異。通常，對(duì)于固定機(jī)械，低壓系統(tǒng)的集成塊，宜選用HT250或球墨鑄鐵；高壓系統(tǒng)的集成塊宜選用20鋼和35鋼鍛件。對(duì)于有重量限制要求的行走機(jī)械等設(shè)備的液壓系統(tǒng)，其集成塊可采用鋁合金鍛件，但要注意強(qiáng)度計(jì)算。 集成塊的毛坯不得有砂眼、氣孔、縮孔和夾層等缺陷，必要時(shí)需對(duì)其進(jìn)行探傷檢查。毛坯在切削加工前應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理或退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。 集成塊各部位的粗糙度要求不同：集成塊各表面和安裝嵌入式液壓閥的孔的粗糙度不大于Ra0.8μm，末端管接頭的密封面和O形圈溝槽的粗糙度不大于Ra3.2μm，一般通油孔道的粗糙度不大于Ra12.5μm。塊間結(jié)合面不得有明顯劃痕。 形位公差要求為：塊間結(jié)合面的平行度公差一般為0.03μm，其余4個(gè)側(cè)面與結(jié)合面的垂直度公差為0.1 mm。為了美觀，機(jī)械加工后的鑄鐵和鋼質(zhì)集成塊表面可鍍鋅。 6、電動(dòng)泵站的參數(shù)計(jì)算 根據(jù)題設(shè)要求：電動(dòng)泵站的技術(shù)參數(shù):油泵油壓80MPa,油泵流量2.6 L/min 7、電動(dòng)機(jī)的選擇 系統(tǒng)為泵供油系統(tǒng)，差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)泵向系統(tǒng)供油 據(jù)此查樣本選用Y132M-8異步電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)功率為3KW,額定轉(zhuǎn)速750r/min。電機(jī)功率3 kW,電壓380V。 8、液壓元件的選擇 8.1 液壓閥及過濾器的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格[1]。本例所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為10L/min，25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表5-1中，過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。 表5-1 液壓元件明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱 最大通過流量 型號(hào) 1 電動(dòng)泵站 2.6 2 單向閥 12 I-25B 3 三位五通電磁閥 10 35-63BY 4 二位三通電磁閥 32 22-63BH 5 調(diào)速閥 0.32 Q-10B 6 溢流閥 4 Y-10B 8.2 油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來計(jì)算。油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)45L/min，則液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為10mm，外徑為18mm的冷拔鋼管。 8.3 油箱容積的確定 油箱容積為: 30L 9、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 9.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 1.工進(jìn)時(shí)的壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.24L/min，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計(jì)[1]。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則： 即小流量泵的溢流閥12應(yīng)按此壓力調(diào)整。 2．快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整 因快退時(shí)，液壓缸無桿腔的回游量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，以便于確定大流量泵的卸載壓力。 已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為l=1.8m，油管直徑d=25m，通過的流量為進(jìn)油路=22.5L/min=， 回油路=45L/min=。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15攝氏度，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5st=1.5，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。 （1）確定油流的流動(dòng)狀態(tài) 按式經(jīng)單位換算為： （6-1） 式中 v————平均流速（m/s） d————油管內(nèi)徑（m） ————油的運(yùn)動(dòng)粘度（） q————通過的流量（） 則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為： 回油路中液流的雷諾數(shù)為： 由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。 （2）沿程壓力損失的計(jì)算： （6-2） 在進(jìn)油路上，流速則壓力損失為： 在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即v=4.24m/s，則壓力損失為： （3）局部壓力損失 由于采用了集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的